走向高抽巷抽放瓦斯技术研究

刘如铁,张继高

(1. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083；2. 河北工程大学，河北 邯郸 056038)

1 概述

对采空区瓦斯进行抽放，常用的抽放方法有：密闭抽放、插管抽放、向冒落拱上方打钻抽放、在老顶岩石中打水平钻孔抽放、高位抽放、直接向采空区打钻抽放、顶板尾巷抽放、地面钻孔抽放等多种形式。由于邯郸某矿区属于高瓦斯矿井，大多采用瓦斯抽放量和瓦斯抽放率较高的高位抽放(高位巷道和高位钻孔)形式，本文主要对高位巷道抽放进行研究。

走向高抽巷是沿工作面轨道顺槽内错一定距离在顶板上掘进一条走向巷道，将抽放管路与巷道连通，裂隙中的瓦斯流入高位抽放巷道被抽出。走向高抽巷布置如图1所示。

图1 走向高抽巷布置图

走向高抽巷位置的选取及抽放系统密封性的好坏，都将直接影响其瓦斯抽放量和瓦斯抽放浓度，是走向高抽巷设计的两个重要参数。

2 走向高抽巷抽放位置的确定

根据回采工作面矿山压力显现规律，煤层随着工作面推进，在其周围形成一个采动压力场，在采动压力场及其周围形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。将走向高抽巷布置在不同区域，其抽放效果不一样。弯曲下沉带由于裂隙形成不好，而冒落带又存在致命缺点，都不适于布置高抽巷。依据分析，走向高抽巷位置应布置在裂隙带中下部，但裂隙带的高度由经验公式计算只是一个范围，为了找出高抽巷的最佳抽放位置，采用FLUENT软件对走向高抽巷进行了数值模拟。

2.1 垂直高度位置的确定

为了确定合理的垂直高度，选取高抽巷(巷中)倾斜方向距工作面上风巷(巷中)为10m、14m、18m、22m、26m时，分别对垂高(工作面底板到高抽巷底板的距离)为16m、20m、24m、28m和32m进行数值模拟，模拟后发现当垂高为20m时效果最好。

由数值模拟可以看出，不同垂直高度时，走向高抽巷抽放效果，当垂直高度为20m时，高抽巷瓦斯浓度达到30%，且上隅角瓦斯浓度较小，仅为0.7%，因此走向高抽巷垂直高度应取20m比较合适。

图2为不同垂直高度时，走向高抽巷瓦斯浓度曲线图。从图2可以看出，高抽巷应布置在裂隙带中下部，但不能布置太低，如太低反而效果不好，原因主要是布置太低，抽放巷道将会与采空区连通，漏风增加，导致抽放瓦斯浓度降低。

图2 走向高抽巷垂高不同时上隅角瓦斯浓度

2.2 倾斜方向位置的确定

为确定合理的倾斜方向位置，选取高抽巷垂高为20m时，分别对距工作面上风巷距离为10m、14m、18m、22m和26m的位置进行数值模拟(表1)。

表1 倾斜方向不同水平距离时走向高抽巷抽放效果对比表

由数值模拟可以看出，倾斜方向不同水平距离时走向高抽巷抽放效果，当水平距离为14m时，高抽巷瓦斯浓度达到30%，且上隅角瓦斯浓度较小，仅为0.7%，因此倾斜方向水平距离取14m较合适。

图3为倾斜方向不同水平距离时，高抽巷瓦斯浓度曲线图。从图可以看出，在一定范围内，高抽巷距上风巷水平距离越近越好，但超过此范围后效果反而更差，主要原因是由于受矿压、煤厚及煤层倾角的影响，上风巷附近煤层已变松散，煤体中裂隙发育，如果高位抽放巷道距上风巷过近，易造成抽放系统漏风，导致抽放效果不好。

图3 倾斜方向水平距离不同时上隅角瓦斯浓度

综上所述，走向高抽巷垂直高度应布置在距工作面底板向上20m位置，倾斜方向高抽巷(巷中)距上风巷(巷中)水平距离为14m位置。

3 巷道抽放瓦斯密封系统的改进

采用走向高抽巷对采空区瓦斯进行抽放，由于抽放量大，抽放浓度高，抽放系统密封性至关重要，如密封性不好，将直接影响瓦斯抽放量和瓦斯抽放浓度。传统的巷道密封方式主要采用水泥砂浆密封，但密封效果不理想，在密闭墙两侧和密闭墙与抽放管路之间有漏气，为此提出水封式抽放系统，对传统的巷道抽放系统进行改进。

水封式系统原理：依据瓦斯难溶于水的性质，用水将抽放巷道中的瓦斯与通风巷道隔开，从而保证良好的密封性，致使能抽出高浓度的瓦斯。

水封式走向高抽巷就是在走向高抽巷的基础上，在抽放系统前端(距抽放管路一端)用水密封巷道，提高其密封性，进而提高瓦斯抽放浓度。

施工工艺：在掘进巷道时，可按图所示施工一个梯形水槽，待整条巷道完工后，在水槽里加入一定量的水(水位在水槽底部巷道顶板之上)，存水封闭巷道；抽放管路铺设经水槽进入里段巷道；水槽的垂直深度为5m，相对应的最大抽放负压为50kPa；水槽底端宽度为8m，水封槽上端口之间的宽度在岩体中取30m，煤体中取50m。水封式系统如图4所示。

图4 水封式走向高抽巷抽放系统图

5 结语

通过用FLUENT软件对走向高抽巷进行数值模拟, 得到了高抽巷的最佳抽放位置，即对于给定煤矿具体条件，高抽巷布置在垂向20m，倾斜方向水平距离为14m时，抽放效果最好；对高抽巷密封系统进行了改进设计，提高了瓦斯抽放效率，同时使抽放系统更具安全性。

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